第1章 计算机网络基础

»A91*，即函”.一函

计算机网络技术教程

（修I休）

第7章计算机网络基础

主要内谷：

•了解：计算机网络的形成与发展过程

•掌握：计算机网络的定义、功能、分类、组

成和网络拓扑结构

•了解：计算机网络的典型应用

•掌握：数据通信的基本概念和通信系统的常

用指标

•掌握：数据传输的类型及编码方法

•了解：数据通信的方式及同步技术

•理解：多路复用技术的分类与特点

•理解：广域网中的数据交换技术

•掌握：差错控制的内容及技术

人民邮电出版社

计算机网络的形成与发展

计算机网络的定义

计算机网络的分类

计算机网络的组成

计算机网络拓扑结构

计算机网络的典型应用

数据通信的基本概念

串行传输与并行传输

数据传输类型与编码技术

数据同嚣拉杰

砂

1.1计算机网络的形成与发展

目前，人们通常认为将计算机网络的形成

与发展进程分为4代。

1.第一代一面向终端的计算机通信网络

在20世纪50年代中期至60年代末期，计算机技术与通信技术

初步结合，形成了计算机网络的雏形。此时的计算机网络，把多

台远程终端设备通过公用电话网连接到一台中央计算机构成所谓面

向终端分布的计算机系统，解决远程信息收集、计算和处理。根据

信息处理方式的不同，它们还可分为实时处理连机系统、成批处理

连机系统和分时处理连机系统。计算机--终端系统虽还称不上计算

机网络，但它提供了计算机通信的许多基本技术，而这种系统本身

也成为以后发展起来的计算机网络的组成部分。因此，这种终端连

机系统也称为面向终端分布的计算机通信网。也有人称它为第一代

的计算机网络。图1.1是这类计算机网的示意图。其中，M--调制解

调器，T-终端。

人民邮电出版社

图

1

1—

Illlllllllllll面

llllllllllllll

Illlllllllllll向

llllllllllllll

终

端

的

主机网

络

远程工作站

终端

(a)每个终端占有一条通信线路。在主机边通过线路复用控制

器MCU和各终端相连。

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(b)在主机边设置前置通信处理机FEP,由FEP专门负责与远程终端的

通信，减轻主机的负担，让主机专门负责数据处理、计算任务。

主计算机

(b)采用FEP的远程终姻联机系统

(C)在远程终端比较集中的地方加一终端集中器，其一端用多条低

速通信线路与各终端相连，在另一端通过一条高速线路与主机相

连。这样，可以减少通信线路的数量和降低成本费用。

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2.第二代-初级计算机网络

传统的电路交换技术不适合计算机数据的传

输，因为计算机的数据是突发式和间歇性的

出现在传输线路上，在整个占线期间，真正

传送数据的时间往往不到10%甚至1%。另外，

呼叫过程相对传送数据来说也太长，因此就

要寻找一种新的方式。

在20世纪60年代末期至70年代后期，以美国国防部高

级研究计划局DARPA(DefenseAdvancedResearch

ProjectAgency)的ARPANET为代表，采用崭新的”存

贮转发--分组交换”原理，它标志着计算机网络的兴起。

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ARPANET所采用的一系列技术，为计算机网络的发

展奠定了基础。ARPANET中提出的一些概念和术语

至今仍被引用。因此，它有分组交换网之父的殊誉。

而分组交换网的出现则被公认为现代电信时代的开始。

此后，许多大学、研究中心、各企业集团、各主要工

业国家纷纷研制和建立专用的计算机网和公用交换数

据网。见图1-2。

网

图

和1

终端［

—

通2

信a

子

计

终端

网

算

结

机

构

网

示

络

意

的

图

资

』

U源

子

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ARPNET是由一种通信子网(CommunicationSubnet)

和资源子网(ResourceSubnet)组成的两级结构的计

算机网络。由接口报文处理机IMP(InterfaceMessage

Processor)和它们之间互连的通信线路一起负责主机

Host之间的通信任务，构成了通信子网，实现信息传

输与交换。由通信子网互连的主机组成资源子网，它

负责信息处理、运行用户应用程序、向网络用户提供

可共享的软硬件资源。当某主机(例如H1)要与远地

另一主机(例如H2)通信、交换信息。H1首先将信

息送至本地直接与其相连的IMP暂存，通过通信线路

沿着适当的路径(按一定原则静态或动态的选择的)

转发至下一IMP暂存，依次经过中间的IMP中转，最

终传输至远地的目的IMP,并送入与之直接相连的目

的主机。

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如此，由IMP组成的通信子网，完成信息在通信双方

各IMP之间的存贮--转发(Storeandforward)任务。

采用这种方式，使通信线路不为某对通信双方所独占,

大大提高昂贵的通信线路的利用效率。ARPANET中存

贮一转发的信息基本单元是分组(Packet),它是将

整个要交版的信息报文(Message)分成若干信息分

组，对每个分组按存贮一转发的方式在通信子网上传

输，因此把这种以存贮一转发方式传输分组的通信子

网又称为分组交换数据网(PSDN)o

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80年代:

LAN和互连网发展、综合业务数字

网ISDN和智能网IN的出现

♦70年代中期由于微电子和微处理机技术的发

展及在短距离局部地理范围内计算机间进行

高速通信要求的增长，计算胡局藏叩LAN

(LocalAreanetwork)应运而生。进入80年

代，随着办公自动化OA,管理信息系统MIS,

工厂自动化CAD/CAM系统等各种应用需求的

扩大，LAN获得蓬勃发展。LAN典型的技术

特征是：高传输速率(0.1-100Mbps),较短

的能昌(0.125Km),低俣码率(10-810-

11)O由于巨大的市场和工业界的大规模介

入，局域网产品不断涌现。

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♦随着光纤技术的发展，近来又出现一种所谓城域网

MAN（MotropolitanAreaNetwork）,它具有LAN

的特性，却可分布在更广的范围（上百公里）和运行

在更高的速率（30Mbps・・lGbps以上）。

♦随着计算机技术、通信技术的发展和应用领域的扩大,

通信网络和计算机网络技术一直在迅速发展。综合业

务数字网ISDN正是这一发展的体现。

♦ISDN是以提供端到端的数字连接的综合数字电话网

为基础发展而成的通信网，用以支持包括话音和非话

的一系列广泛的业务，它为用户进网提供一组由有限

个标准的多用途的用户--网络接口。

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3.第三代一开放式的标准化计

算机网络

诚然，这些大量出现的第二代计算机网

络，一方面促进了计算机网络的发展和应用。

但由于这些网络大多是由研究单位、大学、

应用部门或计算机公司各自研制开发利用的,

没有统一的网络体系结构。如果要在更大的

范围内，把这些网络互连起来，实现信息交

换和资源共享，有着很大困难。客观需要计

算机网络体系结构要由封闭式走向开放式。

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国际标准化组织ISO(InternationalStandards

Organization)及下属的计算机与信息处理标准化技

术委员会TC97,经过多年卓有成效的努力，于1984年

正式颁布了一个称为“开放系统互连基本参考模

型"0SI(OpenSystemInterconnectionBasic

ReferenceModel)的国际标准ISO/OSI7498O

自此，计算机网络开始了走向国际标准化网络的

时代。国际标准化网络将具有统一的网络体系结构，

遵循国际标准化的协议。目的是能支持各厂商生产的

计算机系统互连。

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4.第四代-综合性、智能化、

宽带高速和安全的现代计算机网络

在20世纪90年代中期直至现在，这个

阶段计算机网络向全面互连、高速和智

能化发展，并将得到广泛地应用。

♦现代网络技术一般指高速以太网（百兆、

千兆网），三层交换技术、ATM技术和

VLAN等一批匕技术。

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♦光纤技术的发展解决了线路传输速度慢

的问题洞时新的应用要求网络能够提供

速度更快的,支持多种业务的网络服务。

因此共享型的10M速度的网络需要向更

高速的网络升级，就出现了FDDI网络、

快速以太网、高速以太网和交换式以太

网以及ATM网络。在IP协议方面出现了

三层交换等许多网络新技术。

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■协同计算与cscw

随着计算机网应用业务的增长，地理范围的扩大，

联网站点数的增加，网络产品的层出不穷，促使网络

互连迅速发展。通过网络互连把各种信息“孤岛”连

接成“超级”网络实现其互操作和协同工作成为人们

研究如何利用网络支持协同工作的一个方向。

♦“计算机支持的协同工作”定义为：

♦地域分散的一个群体借助计算机及其网络技术，

共同协调与协作来完成一项任务。它包括协同工作系

统的建设、群体工作方式研究和支持群体工作的相关

技术研究、应用系统的开发等部分。通过建立协同工

作的环境，改善人们进行信息交流的方式，消除或减

少人们在时间和空间上的相互分隔的障碍，节省工作

人员的时间和精力，提高群体工作质量和效率，从而

提高企业、机关、团体、乃至整个社会的整体效益和

人类的生活庙量。

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1.2计算机网络的定义

♦人们通常对“计算机网络”的定义

是：为了实现计算机之间的通信交往、

资源共享和协同工作。采用通信手段,

将地理位置分散的、各自具备自主功能

的一组计算机有机地联系起来，并且由

网络操作系统进行管理的计算机复合系

统就是计算机网络。

人民邮电出版社

这是一个广义的定义,它具有这样的一些

特征：

♦首先，计算机网络是一互连的计算机系统的群体。这

些计算机系统在地理上是分布的，可能在一个房间内,

在一个单位里的楼群里，一个或几个城市里，甚至在

全国乃至全球范围。

♦其次，这些计算机系统是自治的，即每台计算机是独

立工作的，它们是在网络协议控制下协同工作的。

♦第三，系统互连要通过通信设施(网)来实现。通信

常施一般都由通信线路、相关的传输、交换设备等组

成。

♦第四，系统通过通信设施执行信息交换、资源共享，

互操作和协作处理，实现各种应用要求。互操作

(Interoperation或interoperabi1ity)和协作处

理(Interworking)是计算机网络应用中更高层次的

要求特性。它需要有一种机制能支持互连网络环境下

的异种计算机系统之间的进程通信、互操作，实现协

同土作和应用集成。

人民邮电出版社

1.计算机网络涉及的3个要点

♦①自主性：一个计算机网络可以包含有多

台具有“自主”功能的计算机。

♦②有机连接：所谓的“有机”地连接是指

连接时彼此必须遵循所规定的约定和规则。

这些约定和规则就是通信协议。

♦③资源共享为基本目的：建立计算机网络

的主要是为了实现通信的交往、信息资源

的交流、计算机分布资源的共享，或者是

协同工作。资源共享作为网络的最基本特

征。

人民邮电出版社

计算机网络的功能

计算机网络的建立目的就是其应具有的

功能，因此，它应当实现以下的基本功能：

实现计算机之间和计算机用户之间的通信交

往。

实现资源共享，即实现计算机硬件资源、软

件资源和数据与信息资源的共享。

计算机之间或计算机用户之间的协同工作。

人民邮电出版社

计算机网络可能提供的一些具体功能如下：

1数据通信：

终端与计算机、计算机与计算机之间能够进行通

信，相互传送数据，从而方便地进行信息收集、处理、

交I奂。

2资源共享.

用户才以其享计算机网络范围内的系统硬件、软

件、数据、信息等各种资源。

3网络计算.

提森分布入理和均衡计算机负荷的功能，降低软

件设计复杂性，提高系统效率。

4集中控制：

通过计算机网络可对地理上分布的系统进行集中

控制，对网络资源进行集中的分配和管理。

5提高系统的可靠性：

藉助冗余和备份的手段提高系统可靠性。

6网络新服务：

开辟大量新的应用服务项目。

等等。人民邮电出版社

1.3计算机网络的分类

♦1.按照网络的使用范围分类

♦按照网络的使用范围可以将计算机网络分为以下

2类：

♦(1)公用网(publicnetwork)

♦“公用网”是指任何单位、部门或个人均可租用的网

络。一般指由国家电信和邮电部门构建和经营管理的

网络。如163、169都属于公用网

♦(2)专用网(privitenetwork)

♦“专用网”是指单位、部门为了某种目的而构建的私

有网络，未经许可，其他部门和单位不得使用。其组

网方式可以利用公用网提供的“虚拟网"功能或自行架

设的通信线路。各个公司、学校所建的局域网

信子专用网。

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7

♦2.按照网络的作用范围分类

♦本书按照网络作用的地理范围的大小，可

以将网络分为以下3类：

♦•局域网(LocalAreaNetwork,LAN)

♦•城域网(MetropolitanAreaNetwork,

MAN)

♦•广域网(WideAreaNetwork,WAN)

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表1-1各类计算机网络的特征参数

网络缩写作用范围大处理机位于应用实例

分类约同一

局域LAN10m房间小型办公室网

网络、智能大厦、

100m建筑物校园或园区网

络

1km校园

城域MAN10km城市城市网络

网

广域WAN100km或国家或洲际公用广域网、

网1000km专用广域网

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7

在表1・1中，大致给出了各类网络的作用

范围。总的规律是作用范围越大，速率越低。

如，局域网距离最短，因此，传输速率最高。

一般来说，传输速率是关键因素，它极大地

影响着计算机网络硬件技术的各个方面。

(1)局域网・LAN

局域网(localareanetwork,LAN)就

是局部区域的计算机网络。局域网的本质特

征是作用范围短、数据传输速度快、延迟小、

可靠性高。

人民邮电出版社

♦(2)广域网・WAN

♦广域网(wideareanetwork,WAN)也

称远程网。一般，广域网是指作用在不同国

家、地域、甚至全球范围内的远程计算机通

信网络。用户构建的专用广域网的速率一般

较低。

人民邮电出版社

7

♦(3)城域网・MAN

♦城域网(metropolitanareanetwork,

MAN)的作用范围是从几公里到几十公里的

城市。人们既可以使用广域网的技术去构建

与城域网，也可以使用局域网的技术来构建

城域网。

人民邮电出版社

1.4计算机网络的组成

♦由于计算机网络的基本功能分为数据处

理和数据通信两大部分，因此，它所对应的

结构也可以分成相应的两个部分。其一，负

责数据处理的计算机与终端设备；其二，负

责数据通信的通信控制处理机和通信线路。

图1・2表示了计算机网络的组成结构，即计算

机网络按其逻辑功能上分为资源子网和通信

子网。

人民邮电出版社

1.4.1计算机资源子网

♦L资源子网的组成

♦如图1-2所示，资源子网由拥有资源

的主计算机系统、请求资源的用户终端、

终端控制器、通信子网的接口设备、软

件资源和数据资源组成。

人民邮电出版社

7

♦(1)主计算机(Host)

♦在计算机网络中“主计算机”可以是大

型机、中型机、小型机、终端工作站或者微

型机(PC)。主计算机是本地用户访问网

络共享资源，以及使用网络服务的接口。

♦(2)终端(Terminal)

♦终端一般是指没有存储与处理信息能力

的简单输入、输出终端设备。

人民邮电出版社

♦2.资源子网的基本功能

♦资源子网负责全网的数据处理业务,

并向网络客户提供各种网络资源和网络

服务。

人民邮电出版社

1.4.2计算机通信子网

♦1.通信子网的组成

♦通信子网由通信控制处理机、通信线路

和其它通信设备组成。

♦(1)通信控制处理机(communication

controlprocessor,CCP)

♦通信控制处理机是一种在数据通信系统

中专门负责网络中数据通信、传输和控制的

专门计算机或具有同等功能的计算机部件。

人民邮电出版社

♦(2)通信线路

♦通信线路，即通信介质，它和网络上的

各种通信设备一起组成了通信信道。计算机

网络中采用的通信线路的种类很多。如，架

空明线、双绞线、同轴电缆、光导纤维电缆

等有线通信线路组成通信信道；以及红外线、

无线电、微波等无线通信线路组成通信信道。

人民邮也出板社

2.通信子网的基本功能

通信子网提供网络通信功能，完成

全网主机之间的数据传输、交换、控制

和变换等通信任务。负责全网的数据传

输、转发及通信处理等工作。

人民邮电出版社

♦总的来说，计算机网络从其构成的软硬

件可以分为传输/交换设备、用户设备和

网络软件。

♦・传输/交换设备：线路设备、互连设备。

传输设备一般包括双绞线、同轴电

缆和光纤等。交换设备一般包括网桥、

中继器、网关、交换机和路由器等。

♦・用户设备：主机、终端、服务器。

♦・网络软件：网络操作系统、网络协议

软件、用户程序。

人民邮电出版社

1.5计算机网络拓扑结构

♦1.5.1计算机网络拓扑的定义

♦1.网络拓扑的定义

♦通常，将通信子网中的通信处理机

CCP和其它通信设备称为节点，通信线路

称为链路，而将节点和链路连接而成的几

何图形称为该网络的拓扑结构。

人民邮电出版社

7

♦2.网络拓扑的用途

♦网络拓扑的设计选型是计算机网络设计

的第一步。网络拓扑结构的选择将直接关系

到网络的性能、系统可靠性、通讯和投资费

用等因素。

人民邮电出版社

1.5.2计算机网络拓扑结构的分类与通信

子网的类型

♦(1)广播信道通信子网

♦在采用广播信道的通信子网中，一个公

共通信信道被多个节点使用。在任一时间内

只允许一个节点使用公共通信信道，其典型

的代表就是“总线型”拓扑结构，见图l-3(a)。

利用广播通信信道完成网络通信任务时，必

须解决的两个基本问题是：

确定谁是通信对象。

♦②解决多节点争用公用通信信道的问题。

人民邮电出版社

7

♦(2)点.点线路通信子网

♦在点■点线路通信子网中，每条物理线路

连接一对节点。如果两个节点之间没有直接

连接的物理线路，则它们之间的通信只能通

过其它节点转接。

人民邮电出版社

2.基本拓扑结构类型

常见的基本拓扑结构有：总线型、星型、

环型、树型和网状型等，如图1・3所示。

♦图1-3计算机网络基本拓扑结构

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♦(1)总线型拓扑结构

♦在总线逻辑拓扑结构中，使用单根传输

线路(总线)作为传输介质，所有网络节点

都通过接口，串接在总线上。

♦(2)环型拓扑结构

♦环型拓扑结构如图1・3(b)所示。在环

型拓扑结构中，各个节点通过点到点的通信

线路首尾相接，形成闭合的环型。环路中的

数据沿一个方向传递。由于信号单向传递，

因此，适宜使用光纤，可以构成高速网络。

人民邮也出版社

7

♦(3)星型拓扑结构

♦星型拓扑结构如图1・3(c)所示。在星型

拓扑结构中，每个节点都由一个单独的通信

线路连接到中心节点上。中心节点控制全网

的通信，任何两个节点的相互通信，都必须

经过小心节点。

♦(4)树型拓扑结构

♦树型拓扑结构如图1・3(d)所示，树型

拓扑结构可以看成是星型拓扑结构的扩展。

人民邮电出版社

♦(5)网状型拓扑结构

♦网状结构拓扑结构如图1・3(e)所示。

在网状拓扑结构中节点之间的连接是任意的、

无规律的。每两个节点之间的通信链路可能

有多条，因此，必须使用“路由选择”算法

进行路径选择。

♦(6)卫星通信网络的拓扑结构

♦卫星通信网中，通信卫星就是一个中心

交换站，通过分布在不同地理位置的地面站

与各地区网络相互连接。

人民邮电出版社

1.6计算机网络的典型应用

♦1.管理信息系统(ManagementInformation

System,MIS)

♦MIS是基于数据库的应用系统。是在网络

的基础上建立的管理信息系统。

♦2.办公自动化系统(Of仔ceAutomation

system,OA)

♦办公自动化系统可以将一个机构的办公用

的计算机和其它办公设备连接成网络。

人民邮电出版社

7

♦3.信息检索系统(InformationRetrieve

System,IRS)

♦IRS检索与查询向公众开放信息和资源。

IRS不仅可以进行网络上的查询，还可以实现

网络购物、股票交易等网上贸易活动。

♦4.电子收款机系统(PointOfSells,POS)

♦POS以电子自动收款机为基础，并与财

务、计划、仓储等业务部门相连接。

人民邮电出版社

7

♦5.计算机集成与制造系统(Computer

IntegratedManufacturingSystem,CIMS)

♦CIMS实际上是企业中的多个分系统在网络上

的综合与集成。

♦6.电子数据交换系统(ElectronicData

Interchangesystem，EDI)

♦EDL即电子商务系统，其主要目标是实

现无纸贸易。

人民邮电出版社

1.7数据通信的基本概念

♦1.7.1信息、数据和信号

♦在计算机网络中，通信的目的是为了

交换信息。

♦1.信息(Information)

♦信息的载体可以是数字、文字、语音、

图形和图像等。为了传送信息，必须对信

息中所包含的每一个字符进行编码。因此,

用二进制代码来表示信息中的每一个字符

就是编宿。

人民邮电出版社

2.常用的二进制代码

目前最常用的二进制编码标准为美国标

准信息交换码。ASCII码用7位二进制数来表

示一个字母、数字、控制字符或符号。任何

信息都可以用ASCII码来表示。

人民邮电出版社

7

♦3.数据(data)和信号(Signal)

♦在二进制码代码的传输过程中，网络中

所传输的二进制代码被称为数据(data),

它是传递信息的载体。数据仅涉及事物的表

示形式，而信息则涉及到这些数据的内容和

解释。

♦信号(signal)是数据在传输过程中的电

磁波表示形式。通常，将数据的表示方式分

为数字信号和模拟信号两种。图1・4(a)为数

字信号；而图1・4(b)为模拟信号。

♦人民邮电出版社

图1-4数字信号和模拟信号

人民邮电出版社

1.7.2信道及信道的分类

1.信道（channel）及其组成

“信道”是数据信号传输的必经之路。

一般，它由传输线路和传输设备组成。

2.物理信道和逻辑信道

物理信道是指用来传送信号或数据的实

际物理通路。逻辑信道是在物理信道的基础

上，实现的多路“连接”。同一物理信道上

可以提供多条逻辑信道；每一逻辑信道上只

允许一路信号通过。

人民邮电出版社

3.有线信道和无线信道

根据传输介质是否有形，物理信道可以

分为有线信道和无线信道。

4.模拟信道和数字信道

模拟信道中传输的是模拟信号，因此，

能够传输模拟信号的信道又被称为模拟信道。

数字信道中传输的是离散方式的二进制数字

脉冲信号。利用数字信道传输数字信号时，

不需要进行变换。但在信道的两边需要安装

用于数字编码的编码器和用于解码的解码器。

人民邮电出版社

7

♦5.专用信道和公用信道

♦专用信道又称专线，这是一种连接用户

之间设备的固定线路。

♦公用信道是一种公共交换信道。公共电话交

换网就属于公共交换信道。

人民邮电出版社

1.7.3数据单元

♦在数据传输时通常将较大的数据块（如

报文）分割成较小的数据单元（如分组），

并在每一段上附加一些信息。这就是数据单

元，其中附加的信息通常是序号、地址及校

验码等。

人民邮电出版社

1.7.4通讯系统的主要技术指标

♦1.数据传输速率S(比特率)和波形调制速率

B(波特率)

♦(1)比特率S

♦比特率是指在有效带宽上，单位时间内

所传送的二进制代码的有效位(bit)数。S用

比特每秒为b/s、千比特每秒kb/s、兆比特每

秒Mb/s、吉比特每秒Gb/s等单位来表示。

人民邮电出版社

（2）波特率B

波特率是一种调制速率，它是指数字信

号经过调制后的速率，即经调制后的模拟信

号每秒钟变化的次数。在数据传输过程中，

IBaud就表示每秒钟传送一个码元或一个波形。

若以T（秒）来表示每个波形的持续时间，则

调制速率可以表示为：

B=1_（波特）

T

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S=Blog2n

人民邮电出版社

7

♦其中，n为一个脉冲信号所表示的

有效状态数。在二相调制中，n=2,故

S=B,即比特率与波特率相等。但在更

高相数的多相调制时，S与B就不相同了,

参见表1・2o

人民邮电出版社

表1・2比特率和波特率之间的关系

波特率B1200120012001200

(Baud)

多相调制二相调制四相调制八相调制十六相调制

的相数(n=2)(n=4)(n=8)(n=16)

比特率S1200240036004800

(b/s)

人民邮电出版社

砂

波特率（调制速率）和比特率（数据传

俞速率）的区别与联系，参见图1・5。

♦图比特率和波特率的区别

人民邮电出版社

♦1.带宽

♦带宽是指物理信道的频带宽度，单位为赫

兹（Hz）、千赫（kHz）和兆赫（MHz）o

♦2.信道容量

♦信道容量一般是指物理信道上能够传输数

据的最大能力。

♦3.带宽、数据传输速率和信道容量的关联

♦带宽与数据传输速率这两个术语原来都

是用来度量信号实际传输能力的指标。

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5.误码率P«

(1)误码率々的定义

误码率是指二进制比特在数据传输系统

中被传错的概率，又称为“出错率”，其定

义式如下：

pX

eN

式中为传输的二进制位的总数，乂表

示被传错的比特数。

人民邮电出版社

♦(1)误码率的性质、获取与实用意义

♦①性质：误码率心是数据通信系统在正常

工作状况下，传输的可靠性指标。

♦②获取：人们通过对通信信道进行大量重

复地测试，才能求出该信道的平均误码率。

♦③采用差错控制技术的意义：在计算机网

络中使用普通通信信道时，必须采用差错控

制技术才能满足计算机通信系统要求的可靠

性指标。

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7

♦6.时延

♦时延是信道或网络性能的另一个参数，

其数值是指一个报文或分组从一个网络的一

端传送到另一端所需要的时间，其单位是秒s、

毫秒(10-3)ms、微秒(IO/).等。

人民邮电出版社

1.串行传输与并行传输

♦在进行数据传输时，有并行传输和

串行传输两种方式。

人民邮电出版社

©।1.8.1并行传输

并行传输如图1・6所示，并行传输时，可

以一次同时传输若干比特的数据,从发送端

物接收端的信道需要用相应的若干根传输线。

---------------------------►

-----------^^7----------►

\-------信道6----------►

A-------信道5----------►

-----------^^4----------►

----------------------------►

../，1

-------信道2---------A

»—-------信道1----------h—

1图1-6并行数据传输

*I龄P4、人民邮电出版社

屋鼬//

1.8.2串行传输

♦串行传输是一位一位地传送，从发送端

到接收端只要一根传输线即可，因此，可以

节省设备，如图所示。在实际采用的串行

传输时，发送端需要使用并/串转换装置，将

计算机输出的并行数据位流变为串行数据位

流。在接收端，则需要通过串/并转换装置，

还原成并行数据位流。

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并串

发接

串并

送收

转转

端端

换换

♦图1-7串行数据传输

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♦串行数据通信又有3种不同方式：即单工

通信、半双工通信和全双工通信。

♦1.单工通信（双线制）

♦在单工通信中，数据信号固定地从发送

端A传送到接收端B,因此，又叫单向通信。

在实际中，一般采用两个通信信道，一个传

送数据，一个传送控制信号，如图1・8所示。

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数据信道►

AB

控制信道-

♦图1・8单工通信

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♦2.半双工通信（双线制+开关）

♦半双工通信如图1・9所示。它允许数

据信号双向传送，但不能同时进行。这

种方式要求A、B端都有发送装置和接收

装置。若想改变信息的传输方向，需要

利用开关进行切换。

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AB

♦图1-9半双工通信

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7

1.全双工通信（四线制）

全双工通信中，允许双方同时在两个

方向进行数据传输，因此也被称为双向同

时通信。它相当于将两个方向相反的单工

通信方式组合起来。因此一般采用四线制,

如图1・10所示。

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y

图1-10全双工通信

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1.9数据传输类型与编码技术

♦L9.1数据通信系统的组成与类型

♦1.数据通信系统的组成

♦一个数据通信系统由三大部分组成，

即“信源系统”（发送端）、“传输系统”

（传输网络）和“目的系统”（接收端）。

产生和发送信息的一端叫“信源”，接收信

息的一端叫“信宿”。

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♦2.信源数据与传输信号的关系类型

♦在信源数据转变为信号传输时，有以下四

种可能的美系，如图所小：

♦①数字数据，数字信号传输：例如，

10BASET以太网。

♦②数字数据，模拟信号传输：例如，使用

调制解调器上网。

♦③模拟数据，数字信号传输：例如，数字

电视传输系统。

♦模拟数据，模拟信号传输：例如，早期的电

话传输系统。

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WW,,：;

1

（i）(2)

数字数据数字编芍数字信号数字数据

调■制模拟信号

NRZ、曼彻斯特'（数字信道）

差分曼彻斯特等（数子1口崽）ASK、FSK、PSK等（模拟信道）

(3)(4)

模拟数据脉冲编码调制数字信号模拟数据谡制模拟信号

PCM（数字信道）AM、FM>PM（模拟信道）

磔

e

X麟

1图1-11信源数据与传输信号的关系类型

曹K0「苧

b人民邮电出版社

、融少1

♦3.通信系统的类型

♦(1)模拟通信系统

♦在数据通信系统中，传输的信号为模拟

信号时，被称为“模拟通信系统”。模拟通

信系统的特点如下：优点是信道利用率高。

缺点是抗干扰能力差，信号易失真。

♦(2)数字通信系统

♦当传输网络所传输的信号是数字信号时,

此传输系统就被称为“数字通信系统”。数

字通信系统的特点：优点是信道利用率低。

缺点是抗干扰能力强，数字电路集成化和微

型化，因此，容易实现。

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♦4.数字通信及其分类

♦(1)基带传输

♦数字信号被称为“数字基带信号”，简称

为“基带信号”。如果在线路上直接传输基

带信号，就称为“数字信号基带传输”，简

称为“基带传输”。在局域网中大都采用了

基带传输方式，其优点是速率高、误码率低

等。其缺点是占用的频带宽，不利于远程。

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♦(2)频带传输和宽带传输

♦①频带传输：是指用电话线和电话交换网

作为传输信道时采用的传输技术。

♦②宽带传输：通常是指采用75。的CATV

电视同轴电缆或光纤作为传输媒体时的传输

技术。宽带传输中时，常将整个带宽划分为

若干个子频带，并分别利用各个子频带来传

送音频信号、视频信号或数字信号。其优点

是可以利于现有的大量模拟信道，价格便宜,

容易实现。其缺点是速率低，误码率高。

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1.9.2基带传输与数字信号编码

♦在基带传输中，数字数据的编码和解

码工作由网络上的编码器和解码器的硬件

完成。一般用不同电压极性或电平值的信

号来代表数字数据“0”和“1”的过程被称

为数字基带信号的编码；其反过程称为解

码。

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7

♦1.非归零编码(NRZ,NonReturntoZero)

♦(1)编码规则

(2)非归零编码的特点与同步信号

♦(3)非归零编码的应用

♦计算机串口与调制解调器之间使用的就

是基带传输中的非归零码技术。

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♦2.曼彻斯特编码(manchester)

♦(1)编码规则

♦①每比特的周期T分为前后两个相等的部分,

♦②每一位二进制的中间都有跳变，其中间的

这个电平跳变就作为双方的同步信号。

♦③每位二进制的前半周期传送该比特值的反

码，后半周期传送该比特值的原码。典型的

曼彻斯特编码波形，如图1・12(b)所示。

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7

♦（2）曼彻斯特编码的特点和同步信号

♦曼彻斯特编码中的中间电平跳跃，既代表

了数字信号的取值，也作为自带的“时钟”

信号。因此，这是一种“自含时钟”的编码

方法。

♦3（）曼彻斯特编码的应用

♦曼彻斯特编码是应用最为广泛的编码方

法。典型以太网使用的就是曼彻斯特编码技

术。

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♦3.差分曼彻斯特编码（differencemanchester^

♦(1)编码规则

♦①每个“比特值”无论是“1”还是“0”中间

都有一次电平跳变，这个跳变做同步之用。

♦②若比特值为“0”，则前半个比特的电平与

上一个比特的后半个比特的电平相反。若比

特值为“1”，则前半个比特的电平与上一个

比特的后半个比特的电平相同。其典型波形

如图1.12(c)o

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♦(2)差分曼彻斯特编码的特点

♦差分曼彻斯特编码的优点是收发双方可

以根据编码自带的“时钟”信号来保持同步、

成本低；降低了直流分量，抗干扰性能较好;

缺点是实现技术复杂。

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数据

同步时钟

(a)NRZ

(b)曼彻斯特

编码

(c)差分

曼彻斯特

编码

♦图1・12数字数据信号编码波形

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1.9.3频带传输与数字信号的调制

对于远距离通信来说，一般使用频带

传输。我们将发送端的数字信号转换成模

拟信号的过程称为“调制”

(modulation),相应的调制设备称为

“调制器”(modulator)；在接收端把横

拟信号还原为数字信号的过程称为“解调”

(demodulation)，相应的设备称为“解

调器”(demodulator)。同时具备调制和

解调功能的设备称为“调制解调器”

(modem)。

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在调制过程中，所选用的载波信号可以表

示为：

u(t)=A(t)sin(Gt+i//)

其中，振幅力、角频率0、相位”是载波信

号的3个可变电参量。相应的调制方式分别称

为“幅度调制”、"频率调制”和"相位调

制”。在三个参量中，每种技术应当变化一

个参数，而固定另外两个参量。

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1.幅度调制(amplitudeshiftkeying,ASK)

(1)ASK调制规则

幅度调制又称为“振幅键控”ASKo在

幅度调制中，频率和相位都是常数，振幅为

变量，即载波的幅度随发送的数字信号的值

内变化。图1・13(a)所示ASK的数学表达式

/J•

"⑴=Am•sin(Q%+°。)数字“1”

u(t)=O-sin(69/+^o)数字"0"

(2)ASK的特点

幅度调制的技术比较简单，信号容易实

现，但抗干扰的能力较差。

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♦2.频率调制(frequency-shiftkeying,FSK)

♦(1)FSK编码规则

♦频率调制的波形如图1・13(b)所示。它

通过改变载波信号的频率来表示数字数据信

号0或1的调制技术。在频率调制中，振幅和

相位应当定为常量，其数学表达式为：

♦〃⑺=4sinQ%+。0)数字“1”

♦〃⑺二4〃sin@2，+0o)数字“0”

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（2）FSK的特点